一种核壳结构Au@SiO2负载Pt纳米球的制备方法与流程

本发明属于核壳结构纳米复合材料的制备技术领域，具体涉及一种核壳结构au@sio2负载pt纳米球的制备方法。

背景技术：

无论是在化学研究还是化工相关领域催化都具有核心地位，空心结构纳米复合材料作为催化剂能够根据其类型和结构特点配置不同的催化单元，多数的空心结构为球形，此类中空球壳材料就是核壳结构材料的前身，因为根据反应物可以在球壳内填充不同功能的内核。另外，内核的粒径大小也是一个重要的指标。

在空心微球的制备过程中，实现空心通常采用牺牲模板的方法，例如以高分子材料、sio2或c为模板，构筑空心微球的支撑体系，其中sio2模板制备空心材料需要以hf除去，高分子材料和c模板则需要通过烧结除去。无论是哪种方法操作流程都比较复杂，无法在一个容器内直接制备出产物；且除掉模板都会一定程度的损坏球体。

空心结构经过几个阶段的演变逐渐形成核壳结构：首先是单层空心外壳结构，逐渐演变为洋葱状多层嵌套外壳结构；这种多层嵌套外壳材料继续发展，球壳内不同空间分别包含不同纳米颗粒，此时已经发展到核壳结构纳米复合材料的成熟阶段。另外，还有一种核壳结构材料，外壳直接包覆在内核外面，核壳之间没有空隙。此类核壳结构材料或以au、pt等贵金属为内核，或以fe3o4等磁性材料为内核；外壳部分可以由多种材料组成如sio2、tio2等无机物或有机高分子材料。

核壳结构纳米复合材料的合成方法包括软模板法、硬模板法、无模板法以及喷雾法，无论哪种方法制备的核壳结构纳米复合材料都鲜有涉及外壳负载金属尤其是异种金属。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服上述制备方法存在的缺点，提供一种操作简单、一锅反应制备核壳结构au@sio2负载pt纳米球的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：将质量分数为0.1％～0.3％的十六烷基三甲基溴化铵(ctab)水溶液加热至70～90℃，加入质量分数为1％～3％的naoh水溶液，恒温搅拌10～20分钟，再依次加入质量分数为3.7％的甲醛水溶液、质量分数为0.5％～3％的haucl4·4h2o水溶液、质量分数为0.5％～3％的h2ptcl6·6h2o水溶液，70～90℃继续搅拌10～30分钟，然后向反应液中滴加正硅酸乙酯(teos)和无水乙醇质量比为1:1～2的混合液，滴加完后70～90℃搅拌反应1～3小时，反应完成后离心、洗涤、干燥，得到核壳结构au@sio2负载pt纳米球。

上述ctab水溶液与naoh水溶液、甲醛水溶液、haucl4·4h2o水溶液、h2ptcl6·6h2o水溶液的体积比为30:0.75:(2.50～6.25):1:2，优选ctab水溶液与naoh水溶液、甲醛水溶液、haucl4·4h2o水溶液、h2ptcl6·6h2o水溶液的体积比为30:0.75:(4～5):1:2；

上述ctab与teos的质量比为1:4～6，优选ctab与teos的质量比为1:5。

上述naoh水溶液中优选naoh的质量分数为2％。

上述haucl4·4h2o水溶液中优选haucl4·4h2o的质量分数为1％。

上述h2ptcl6·6h2o水溶液中优选h2ptcl6·6h2o的质量分数为1％。

本发明采用软模板法一锅反应制备核壳结构au@sio2负载pt纳米球，相比于其他制备核壳结构纳米材料的方法具有如下优点：

1、操作简单，一锅反应，反应周期短，反应过程易于控制，有极大的商业潜力。

2、绿色环保，传统合成方法需要高温煅烧或hf除掉模板，本反应采用ctab作为结构导向剂，将teos的水解产物定向沉积到内核外面，即使后期需要除掉ctab，采用乙醇萃取法或水蒸气高压法即可完成。产物制备过程中仅需要极少量的低浓度naoh，降低了合成过程中的污染及安全隐患。

3、所合成核壳结构au@sio2负载pt纳米球的内核au的粒径可控，负载的pt纳米颗粒粒径可控，sio2外壳厚度可控，不会造成au源、pt源的浪费，节约药品，成本较低。

4、产品稳定性高、催化效果好，具有重要的工业应用价值。

附图说明

图1是实施例1制备的au@sio2负载pt纳米球的透射电镜照片。

图2是实施例1制备的au@sio2负载pt纳米球的x射线衍射图。

图3是实施例1制备的au@sio2负载pt纳米球的红外光谱图。

图4是实施例2制备的au@sio2负载pt纳米球的透射电镜照片。

图5是实施例3制备的au@sio2负载pt纳米球的透射电镜照片。

图6是实施例4制备的au@sio2负载pt纳米球的透射电镜照片。

图7是实施例5制备的au@sio2负载pt纳米球的透射电镜照片。

图8是实施例6制备的au@sio2负载pt纳米球的透射电镜照片。

图9是实施例7制备的au@sio2负载pt纳米球的透射电镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

将0.05gctab加入24ml去离子水中，搅拌均匀，水浴加热至80℃后，加入0.6ml质量分数为2％的naoh水溶液，80℃搅拌15分钟，再依次加入3.5ml质量分数为3.7％的甲醛水溶液、0.8ml质量分数为1％的haucl4·4h2o水溶液、1.6ml质量分数为1％的h2ptcl6·6h2o水溶液，80℃继续搅拌10分钟，然后向反应液中滴加0.25gteos和0.5g乙醇的混合液，80℃搅拌反应1小时，反应完成后离心、洗涤，60℃干燥12小时，得到核壳结构au@sio2负载pt纳米球。

由图1可见，所制备的au@sio2负载pt纳米球形貌较好。由图2可见，制备的核壳结构纳米复合材料的衍射峰与标准卡片一致，且物相较纯，5个衍射峰分别对应面心立方(fcc)结构au晶体的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)的晶面。由于产物是双金属au和pt核壳结构，au的晶格会发生收缩，其衍射峰位向大角度移动。由场发射透射电镜表征结果可见，产物的内核为au，sio2外壳上负载的是pt纳米颗粒。由图3可见，2.918和2.849cm^-1对应模板剂ctab中c-h键的拉伸振动，主峰在1.066cm^-1附近，对应si-o键的拉伸振动。

实施例2

本实施例中，滴加0.2gteos和0.4g乙醇的混合液，其他步骤与实施例1相同，得到核壳结构au@sio2负载pt纳米球(见图4)。

实施例3

本实施例中，滴加0.3gteos和0.6g乙醇的混合液，其他步骤与实施例1相同，得到核壳结构au@sio2负载pt纳米球(见图5)。

实施例4

本实施例中，加入2ml质量分数为3.7％的甲醛水溶液，其他步骤与实施例1相同，得到核壳结构au@sio2负载pt纳米球(见图6)。

实施例5

本实施例中，加入2.5ml质量分数为3.7％的甲醛水溶液，其他步骤与实施例1相同，得到核壳结构au@sio2负载pt纳米球(见图7)。

实施例6

本实施例中，加入3ml质量分数为3.7％的甲醛水溶液，其他步骤与实施例1相同，得到核壳结构au@sio2负载pt纳米球(见图8)。

实施例7

本实施例中，加入4ml质量分数为3.7％的甲醛水溶液，其他步骤与实施例1相同，得到核壳结构au@sio2负载pt纳米球(见图9)。